WO2014023480A1 - Gehäuse für eine batteriezelle mit einem gehäusedeckel eine überwachungselektronik aufweisend, batteriezelle, batteriemodul sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Gehäuse für eine batteriezelle mit einem gehäusedeckel eine überwachungselektronik aufweisend, batteriezelle, batteriemodul sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • Monitoring electronics having, battery cell, battery module and motor vehicle
  • the present invention relates to a housing for a battery cell with a
  • battery and battery system are synonymous for accumulator or accumulator system
  • CSC Cell
  • a housing (hardcase) for a battery cell with a metallic housing cover wherein an electronic component is arranged on a metal core circuit board on the housing cover.
  • two pole terminals are formed on the surface of the housing cover, wherein the electronic component between the two
  • the electronic component is preferably a circuit for monitoring a battery cell, a so-called CSC (Cell Supervision Circuit),
  • epoxy glass fiber fabric (FR4) printed circuit boards are deposited on a metal substrate made of aluminum or copper via a dielectric layer, usually an electrically insulating but thermally highly conductive adhesive
  • the cell housing is preferably made of metal, more preferably aluminum or stainless steel.
  • battery cells preferably lithium-ion cells, which have a cell housing described above, and a battery module constructed from these battery cells.
  • the monitoring electronics are very thermally coupled to the housing cover, the temperature of the battery can be detected very accurately and cost-effectively. • The monitoring electronics do not have to be mechanically fixed separately because they are mechanically robustly connected to the housing cover.
  • the monitoring electronics are permanently connected to a specific battery cell, so that relevant operating data showing the aging of a battery
  • Battery modules are used in particular when the battery cells are prevented from increasing their service life by mechanical tension from being mechanically during charging and discharging operations
  • two pole terminals 13 are formed, between which an electronic component 14 for monitoring the battery cell 10 is arranged.
  • the electronic component 14 is formed on a metal core board, which is not shown separately here, which is arranged on the housing cover 12.

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Abstract

Es wird ein Gehäuse für eine Batteriezelle (10), vorzugsweise für eine Lithium-Ionen-Zelle mit einem Gehäusedeckel (12) bereitgestellt, wobei auf dem Gehäusedeckel (12) ein elektronisches Bauteil (14) zur Überwachung der Batteriezelle (10) auf einer Metallkernleiterplatte angeordnet ist, so dass durch die sehr gute thermische Ankopplung an den Gehäusedeckel (12) die Temperatur der Batteriezelle (10) sehr genau und kostengünstig erfasst werden kann. Ferner werden eine Batteriezelle (10), ein Batteriemodul sowie ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Titel
Gehäuse für eine Batteriezelle mit einem Gehäusedeckel eine
Überwachungselektronik aufweisend, Batteriezelle, Batteriemodul sowie Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Batteriezelle mit einem
Gehäusedeckel, eine Batteriezelle, ein Batteriemodul sowie ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, beispielsweise bei Windkraftanlagen, als auch in Fahrzeugen, beispielsweise in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe Batterie und Batteriesystem synonym für Akkumulator bzw. Akkumulatorsystem
gebraucht.
Für genannte Anwendungen werden derzeit Lithium-Ionen-Batterien bevorzugt eingesetzt. Lithium-Ionen-Batteriezellen sind jedoch sehr empfindlich gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit, da durch Hydrolyse Fluorwasserstoff gebildet werden kann.
Aufgrund der geforderten hohen Lebensdauern von über 10 Jahren und mehr werden daher für den Einsatz in Fahrzeugen Zellen mit einem festen Gehäuse, sogenannte Hardcase-Zellen, favorisiert. Diese bestehen aus einem Gehäuse zur Aufnahme der elektrochemischen Elemente (Cell Can) und einem das
Gehäuse abdichtenden Gehäusedeckel (Cap Plate). Die beiden Bauteile werden beispielsweise durch Schweißung miteinander verbunden. Das Batteriegehäuse basiert in der Regel auf einem metallischen Werkstoff, beispielsweise kann es aus Aluminium bestehen. Der Gehäusedeckel besteht zumeist aus einer metallischen Platte, auf deren Oberseite sich die beiden Polanschlüsse befinden. Einer der Polanschlüsse ist dabei vom Gehäuse elektrisch isoliert.
Um Lithium-Ionen-Batteriezellen sicher betreiben zu können, ist gemäß dem Stand der Technik ein Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich. Das Batteriemanagementsystem verhindert unter anderem ein Überladen oder Tiefentladen der Zellen, eine Belastung der Zellen mit unzulässig hohen Ladeoder Entladeströmen. Für Batteriesysteme, die in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, sind aufgrund der großen Anzahl an Batteriezellen, die in derartigen Batterien verbaut werden, komplexe Elektroniken für das
Batteriemanagement erforderlich.
Für die Überwachung der Batteriezellen werden sogenannte CSC (Cell
Supervision Circuit) Elektronikmodule eingesetzt, welche mehrere Batteriezellen überwachen. Diese Elektronikmodule werden entweder in der Nähe der zugehörigen Batteriezellen als "dezentraler Satellit" platziert, oder die gesamte Elektronik wird in einer "Zentralelektronik" realisiert.
In der DE 20207721 111 wird eine Fahrzeugbatterie offenbart, die ein Gehäuse mit einem Gehäusedeckel aufweist, auf dem Bauteile für eine Steuerung angeordnet sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse (Hardcase) für eine Batteriezelle mit einem metallischen Gehäusedeckel bereitgestellt, wobei auf dem Gehäusedeckel ein elektronisches Bauteil auf einer Metallkernleiterplatte angeordnet ist.
Dabei kann das elektronische Bauteil auf der Metallkernleiterplatte auf den Gehäusedeckel aufgeklebt sein oder die Metallkernleiterplatte ist Teil des metallischen Gehäusedeckels.
Vorzugsweise sind auf der Oberfläche des Gehäusedeckels zwei Polanschlüsse ausgebildet, wobei das elektronische Bauteil zwischen den beiden
Polanschlüssen angeordnet ist. Das elektronische Bauteil ist vorzugsweise eine Schaltung zur Überwachung einer Batteriezelle, eine sogenannte CSC (Cell Supervision Circuit),
beispielsweise zur Spannungs- und Temperaturerfassung. Dieses Bauteil ist vorzugsweise Teil eines Batteriemanagementsystems, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug.
Die Auswahl der Materialen und die Herstellung von Leiterplatten auf einem Metallsubstrat, sogenannte Metall Core Printed Gircuit Boards (MGPGB), sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
Üblicherweise werden dabei Epoxyd-Glasfasergewebe (FR4)-Leiterplatten über eine dielektrische Schicht - meist ein elektrisch isolierender, aber thermisch gut leitfähiger Kleber - auf ein Metallsubstrat aus Aluminium oder Kupfer
aufgebracht.
Diese Leiterplattentechnologie hat den Vorteil, dass im Vergleich zu
Standardleiterplatten sehr geringe thermische Übergangswiderstände realisiert werden können. Daher wird diese Technik bei Anwendungen eingesetzt, bei denen die elektronischen Bauelemente mit größeren Verlustleistungen betrieben werden oder bei Anwendungen, bei denen die Leistungsfähigkeit der
eingesetzten Bauelemente mit zunehmender Temperatur zurückgeht.
Das Zellgehäuse besteht vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt Aluminium oder Edelstahl.
Erfindungsgemäß beansprucht werden auch Batteriezellen, vorzugsweise Lithium-lonen-Zellen, die ein vorbeschriebenes Zellgehäuse aufweisen, sowie ein aus diesen Batteriezellen aufgebautes Batteriemodul.
Eine direkte Aufbringung einer Überwachungselektronik für eine Batteriezelle auf dem Gehäusedeckel hat folgende Vorteile:
• Da die Überwachungselektronik sehr gut thermisch an den Gehäusedeckel gekoppelt ist, kann die Temperatur der Batterie sehr genau und kostengünstig erfasst werden. • Die Überwachungselektronik muss nicht separat mechanisch fixiert werden, da diese mit dem Gehäusedeckel mechanisch robust verbunden ist.
• Die Überwachungselektronik ist mit einer spezifischen Batteriezelle dauerhaft verbunden, so dass relevante Betriebsdaten, welche die Alterung einer
Batteriezelle maßgeblich beeinflussen, aufgezeichnet werden können. Dies ist zum einen von Vorteil für die Gewährleistung, zum anderen können diese Informationen auch für ein sogenanntes "Second Life", das heißt eine
Wiederverwendung in einem anderen Bereich, verwendet werden. Dies ist ein entscheidender Vorteil insbesondere vor dem Hintergrund, dass
Fahrzeughersteller heute schon Gewährleistungszeiträume von 10 Jahren und mehr von den Batteriezellherstellern fordern.
Die Aufbringung der Elektronik auf den Gehäusedeckel eignet sich für den Einsatz der Zellen in Batteriemodulen, bei denen die Zellen über die großflächige
Stirnseite miteinander in einem Pressverband verbaut werden. Derartige
Batteriemodule werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die Batteriezellen zur Erhöhung ihrer Lebensdauer durch mechanische Verspannung daran gehindert werden, sich mechanisch bei Lade- und Entladevorgängen
auszudehnen, der dadurch generierte mechanische Stress würde eine schnellere
Alterung der Zellen bewirken. Die Aufbringung der Elektronik auf den
Gehäusedeckel eignet sich auch für ein luftgekühltes Batteriesystem, bei dem die Zellen über einen Luftstrom gekühlt werden. In diesem Fall werden die Zellen nicht direkt gegeneinander gepresst, sondern mittels Abstandhalter verbaut, damit der Luftstrom zwischen den Zellen durchströmen kann.
Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batteriemodul.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Batteriezelle.
Die dargestellte prismatische Batteriezelle 10 weist ein Gehäuse 1 1 mit einem Gehäusedeckel 12 auf. Das Gehäuse 11 ist mit dem Gehäusedeckel 12 verschweißt und besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Edelstahl. Auf der
Oberseite der Batteriezelle 10 sind zwei Polanschlüsse 13 ausgebildet, zwischen denen ein elektronisches Bauteil 14 zur Überwachung der Batteriezelle 10 angeordnet ist. Das elektronische Bauteil 14 ist auf einer Metallkernleiterplatte, die hier nicht separat dargestellt ist, ausgebildet, die auf dem Gehäusedeckel 12 angeordnet ist.

Claims

Ansprüche
Ein Gehäuse für eine Batteriezelle (10) mit einem Gehäusedeckel (12), dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gehäusedeckel (12) ein
elektronisches Bauteil (14) auf einer Metallkernleiterplatte angeordnet ist.
Das Gehäuse nach Anspruch 1 , wobei der Gehäusedeckel (12) den Metallkern der Metallkernleiterplatte ausbildet.
Das Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf der Oberfläche des Gehäusedeckels (12) zwei Polanschlüsse (13) ausgebildet sind, zwischen denen das elektronische Bauteil (14) angeordnet sein kann.
Das Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektronische Bauteil (14) eine Schaltung zur Überwachung einer im Gehäuse
angeordneten Batteriezelle (10) ist.
Das Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektronische Bauteil (14) Teil eines Batteriemanagementsystems ist.
Eine Batteriezelle ein Gehäuse (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweisend.
Die Batteriezelle nach Anspruch 6, wobei die Batteriezelle (10) eine Lithium-Ionen-Zelle ist.
8. Ein Batteriemodul zumindest eine Batteriezelle (10) nach Anspruch 7 oder 8 aufweisend.
9. Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batteriemodul nach Anspruch 8.
PCT/EP2013/063792 2012-08-10 2013-07-01 Gehäuse für eine batteriezelle mit einem gehäusedeckel eine überwachungselektronik aufweisend, batteriezelle, batteriemodul sowie kraftfahrzeug Ceased WO2014023480A1 (de)

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